Formation de faisceaux

Le beamforming (formation de faisceaux) est une technique utilisée pour améliorer le rapport signal sur bruit des signaux reçus, éliminer les sources d'interférence indésirables et concentrer les signaux émis vers des emplacements spécifiques. Le beamforming se trouve au cœur des systèmes avec réseaux de capteurs dont les systèmes de télécommunications MIMO tels que la 5G, LTE et WLAN. Le beamforming MIMO peut également être utilisé dans les applications sans fil pour améliorer la capacité de streaming de données entre une station de base et un utilisateur. Les techniques de beamforming basées sur l'optimisation deviennent plus populaires dans les systèmes modernes de télécommunications. Ces techniques comprennent le beamforming hybride, dans lequel l’optimisation est utilisée pour partitionner efficacement les architectures systèmes entre les systèmes en bande de base et les systèmes RF afin de réduire les coûts.

Applications du beamforming

Le beamforming est aussi largement utilisé dans des applications de radar, de sonar, d'imagerie médicale et audio. Les beamformers peuvent être utilisés pour concentrer les signaux émis depuis un réseau de capteurs vers des emplacements spécifiques. En ce qui concerne les signaux reçus sur un réseau de capteurs, les beamformers améliorent la détection en additionnant de manière cohérente les signaux à travers les éléments des réseaux. Les beamformers conventionnels ont des pondérations fixes tandis que les beamformers adaptatifs ont des pondérations qui réagissent à l'environnement. En ce qui concerne les signaux à bande étroite, le beamforming peut souvent être réalisé en multipliant les entrées de capteur avec une exponentielle complexe avec un déphasage approprié. Vous pouvez utiliser MATLAB^® pour modéliser un beamforming à bande étroite avec l’exemple « Conventional and Adaptive Beamformers ». Dans le cas des signaux à large bande, le steering n’est plus fonction d’une seule fréquence et son opération peut alors nécessiter l'utilisation de plusieurs bandes de fréquences. Vous pouvez modéliser le beamforming à large bande dans MATLAB en utilisant l’exemple « Visualization of Wideband Beamformer Performance ».

Performance du beamforming

Le développement d'un beamformer et l'évaluation des différents algorithmes ne constituent qu'une première étape avant de pouvoir atteindre les performances requise pour un système de télécommunications ou un radar. Pour évaluer la performance, le beamformer doit être intégré dans un modèle de niveau système et évalué sur une multitude de combinaisons de paramètres, de directions et de canaux. Un autre défi implique des compromis au niveau système entre l'exécution du beamforming dans le domaine RF et/ou dans le domaine numérique en bande de base. Il est préférable d'effectuer toutes ces activités le plus tôt possible dans le processus de design. Vous pouvez utiliser MATLAB et Simulink^® pour évaluer l’impact des effets RF sur les performances d’un beamformer avec l’exemple « Massive MIMO Hybrid Beamforming with RF Impairments ».

Le beamforming avec MATLAB et Simulink

MATLAB^® et Simulink^® proposent un ensemble complet d'outils et d'algorithmes de modélisation et de simulation nécessaires pour concevoir, tester et intégrer des beamformers, ainsi que pour procéder à des analyses complètes au niveau système. Une fois le beamformer conçu, vous pouvez le déployer sous forme de code C ou HDL dans votre système avec MATLAB Coder™, Simulink Coder™ et HDL Coder™.

Pour en savoir plus sur le beamforming, consultez Phased Array System Toolbox™ et Communications Toolbox™.